175885. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék fizikai, kémiai folyamatok követésére és hőinek meghatározására
19 175885 20 ként jelentkező hatásával kell számolni. A 2. ábra alapján érthető, hogy az eddigi szenzoroknál mért oldalról, az A szimmetriatengely irányából, legalább geometriailag szimmetrikusan vezetik a gázáramot. Azonban a szenzor termikus viselkedését tekintve (lásd 3/b ábra) belátható, hogy a behatás így is aszimmetrikusan éri a szenzort. Bár az új szenzorok ilyen esetekben is stabilisabbak, a maximális stabilitásuk kihasználására a körszimmetrikus gázáram a kívánatos, ami könnyen megoldható. A hagyományos szenzorok tárgyalásánál említettük, hogy létezik a szenzorok saját hővezetésén alapuló működésének, és így mennyiségi mérések szemszögéből vizsgált alkalmazhatóságuknak felső 500—600°C-os hőmérséklethatára. A hősugárzást jogosan, mint egy szimmetrikus hatásként (megfelelő fűtőtér geometriánál szimmetrikus, a szenzor felületét homogén eloszlásban érő hatásként) véve figyelembe, az új szenzor említett stabilitása ezen felső hőmérséklethatárt is lényegesen kiterjeszti. Mint látható, a hőárammérő szenzorok számos hátránya szinte egymás kiküszöbölését segítve elő szűnik meg. Mindez azon alapvető intézkedés következménye, hogy a szenzor felépítésében az elérhető legmagasabb szimmetriát érvényesítettük, amely jellemzője az egyensúlyi, reverzibilis, illetve stabil rendszereknek, általában a fizikai törvényeknek [R.P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands, Mai fizika, 4. kötet, Műszaki Könyvkiadó, Bp. (1969) 150-151. old.]. Mindeddig az új szenzort önmagában vizsgáltuk, azon egyszerűsítő feltételezéssel élve, hogy a hőáram egyetlen geometriai pontban, a szimmetriacentrumban éri a szenzort. A szenzorok alkalmazásainál, a kalorimetriás mérési eljárások során a kaioriméterekben a vizsgálandó folyamat hőáiama a folyamatban résztvevő kondenzált fázisú anyag, illetve anyagok kezelését biztosító mintatartónak a szenzorral érintkező felületén hat, amely a hőáram támadásfelületeként szolgál és amelyen belül a hőáram és a szenzor kölcsönhatása miatt a szenzor termikus viselkedése különbözni fog. Térjünk vissza az új szenzor hőmérsékletprofilját szemléltető 7/a ábrához, az eddig magyarázat nélkül hagyott jelölésekre, ahol az r<j> sugár a szenzort szimmetrikusan érő, homogén eloszlású, mérendő 4>a hőáram támadásfelületének sugara. Ezen felület átlója mentén kialakult, a pontozott vonallal jelölt hőmérsékletprofil szakasz a T<t> hőmérsékletnél metszve zárja le a támadásfelületen kívül, a szenzor saját, zavartalan hővezetése révén kialakult hőmérsékletprofilt. E kettő együtt hozza létre a szenzor teljes hőmérsékletprofilját, amely azonban továbbra is korszimmetrikus marad, amint a 7/a ábrán is látható. A támadásfelület hőmérsékletprofilja nem izoterm, a T<j> hőmérséklettől eltérő szélsőértékkel rendelkezik a szenzor centrumában és nem érvényes rá a (12) egyenlet. A (12) egyenlet érvényessége a hőmérsékletprofil T0-T<|> tartományára korlátozódik. Ezek alapján a szenzorok precíz, a (12) egyenlettel leírható működése akkor érhető el, ha az aktív hőmérsékletérzékelőket a hőáram közvetlen hatása alól kivonjuk és így a (15) baloldalt nyitott egyenlőtlenség-rendszert az alábbi zárt alakra módosítjuk: r0^rA<rRSr0 (17) Tehát a helyes szenzorműködés mellett, a maximális érzékenység adott hőáram támadásfelület esetén, akkor érhető el, ha az aktív hőmérsékletérzékelők helyét megszabó kör rA sugarát r^-re csökkentjük és a referencia hőmérsékletérzékelők helyének rR sugarát rQ-ra növeljük. Belátható, hogy a szenzor viselkedésére már előzőleg tett megállapítások, a fentiek tükrében, továbbra is érvényesek. A hagyományos szenzorok további hátránya fedezhető fel abban, hogy a hőáramok hatásának kitéve, a támadásfelületeken helyezik el a hőmérsékletérzékelőket, a hőmérsékletprofil szélsőértékeinek mérésére, amit súlyosbít ezen szenzorok már ismertetett instabilitása, amely e tartományokra is kiterjed. A támadásfelületi hőmérsékletprofilok bizonyos fokú stabilizálását érik el a jó hővezetésű, a szenzorhoz viszonyítva nagyméretű, 5-6 mm átmérőjű mintatartók alkalmazásával, amelynek azonban több) hátrányos következménye is van. Az új típusú szenzorok még ilyen esetekben is, amikor rA< r<j>, reprodukálhatóbb és pontosabb eredményeket szolgáltatnak. A szenzoroknál az adott hőáram támadásfelületének (a mintatartó átmérőjének) csökkentésével, ami a hőáramsűrűség növelését jelenti, a szenzor elérhető maximális érzékenysége nő. Ez a (12) egyenletből levezethető, ha a 4>A hőáramot állandónak tekintjük, Ta, rA helyére Tcj>, r$ hőmérséklet és sugár paramétereket helyettesítjük. Az r<j> sugár vagyis a mintatartó méretének csökkentése, amely itt korlátozás nélkül megtehető a szenzor stabilitása miatt is, az érzékenység növekedésén túl kedvező kihatású a támadási hőmérsékletprofilra, biztosítva a (12) egyenlet mind szigorúbb érvényességét oly szenzorra is, ahol rA < ro. A hőáram támadásfelülete függetleníthető a mintatartók méreteitől, állandó értéken tartható és ugyanakkor a hőáramsűrűség jelentős növelését érjük el, ha jó hővezető, vékony (pl.: 0,3 mm átmérőjű) fémhuzalból (pl.: ezüst, arany, platina) vagy kerámiából készült, a szenzor centrumába csatlakozó hővezetőt alkalmazunk, amely a felső végén alkalmasan van kialakítva a mintatartók felhelyezésére, vagy a minta közvetlen behelyezésére. A 8. ábrán, az eddigi összefüggések ismeretében megadjuk, a különböző, elektromos paraméterváltozás alapján működő hőmérsékletmérővel kialakított, körszimmetrikus hőárammérők felépítésének néhány lehetséges változatát, különös tekintettel a hőmérsékletérzékelők elhelyezésének és a hőáram 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 10
